汽車用四輪定位舉升機(jī)液壓系統(tǒng)控制設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking. Keywords：Manufacturing ,Location, Clamping, Process 青島濱海學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 摘要 I Abstract II 1引言 1 1.1本課題研究的內(nèi)容 1 1.2定位舉升機(jī)的分類 4 1.3液壓技術(shù)在舉升機(jī)方面的發(fā)展 6 2汽車用四輪定位舉升機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 7 2.1汽車用四輪定位舉升機(jī)的總體方案圖 9 2.2汽車用四輪定位舉升機(jī)的工作原理 10 3四連桿機(jī)構(gòu)的輔助設(shè)計 10 3.1四連桿機(jī)構(gòu)圖 11 3.2四連桿機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析 12 3.3受力分析 12 3.4液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 14 3.5分析高度，工作載荷，流量與時間的關(guān)系 16 4液壓系統(tǒng)的設(shè)計 18 4.1確定系統(tǒng)方案 19 4.2擬定液壓系統(tǒng)圖 21 5液壓缸的設(shè)計計算 22 5.1液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 23 5.2液壓缸的工作壓力 24 5.3計算液壓缸的尺寸 26 5.4液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算 27 5.5液壓缸工況圖 28 5.6液壓缸推力的計算 30 5.7液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 31 5.8缸筒的設(shè)計與計算 32 5.9缸筒壁厚的驗算 33 結(jié)論 34 致謝 35 參考文獻(xiàn) 36 1 緒論 1.1 本課題研究的主要內(nèi)容 由于我國汽車維修檢測設(shè)備行業(yè)起步晚、起點低，整體上仍然相當(dāng)落后。舉升機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)技術(shù)力量薄弱、各自為政、缺乏專業(yè)分工和廣泛合作；技術(shù)吸收、運用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強(qiáng)；抄襲、偽造現(xiàn)象和短期行為嚴(yán)重；折疊雙四連桿液壓舉升機(jī)在現(xiàn)代維修中占有越來越重要的地位，市場需求也大。本設(shè)計是汽車用四輪定位舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計，首先對題目進(jìn)行分析，分析液壓力，流量與時間的關(guān)系。再結(jié)合現(xiàn)有的車用四輪定位舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，加上對車用四輪定位舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)的深入研究。然后對其中的方案進(jìn)行擬定選擇，并且對其中的重要零部件進(jìn)行設(shè)計校核，并且畫出裝配圖及零件圖，從而將汽車用四輪定位舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計完成。 1.2定位舉升機(jī)的分類 從國內(nèi)外目前發(fā)展?fàn)顩r來看，液壓式舉升機(jī)可以分為二柱普通薄底板舉升機(jī)（雙缸）、二柱單缸液壓舉升機(jī)、二柱龍門式液壓舉升機(jī)、四柱普通式舉升機(jī)、四柱舉升機(jī)（配四輪定位），手動或氣動二次舉升系列、四柱舉升機(jī)（配四輪定位），電動液壓二次舉升系列、小剪舉升機(jī)、大剪（子母雙層）液壓舉升機(jī)系列（配四輪定位儀）、巴士移動式舉升機(jī)這幾大類型。因為本次畢業(yè)設(shè)計舉升能力只有4.8-5t，上升高度為1.8到1.83m,舉升時間1分20秒～1分30秒,所以是小功率場合。因此采用折疊雙四連桿式舉升機(jī)，主要是它占用的空間小、設(shè)備運行比較平穩(wěn)、安全可靠。 1.3液壓技術(shù)在舉升機(jī)方面的發(fā)展 液壓技術(shù)的優(yōu)點： a）在相同的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動力，在相同的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度大，液壓式馬達(dá)的體積和重量只有相同功率電機(jī)的12%。 b）液壓裝置工作相對平穩(wěn)，而由于重量較輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置容易實現(xiàn)快速啟動，制動和頻繁的換向。 c）液壓裝置可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，（調(diào)速范圍可達(dá)到2000），并且可以在運行的過程中實現(xiàn)調(diào)速。 d）液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，它對液體壓力，流量和流動方向容易進(jìn)行調(diào)解或控制。 e）液壓裝置容易實現(xiàn)過載保護(hù)。 f）液壓元件已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系列化，壓也系統(tǒng)的設(shè)計制造和使用都比較方便。 當(dāng)然液壓技術(shù)還存在不少缺點，比如，液壓在傳動過程中會有較多的能量損失，液壓傳動容易泄露，不僅會污染工作場地，限制其應(yīng)用范圍，還有可能引起失火事故，并且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性以及正確性。它對油溫的變化比較敏感，液壓元件制造精度的要求較高，造價昂貴，如果出現(xiàn)故障不容易找到原因，但是在實際的應(yīng)用中，卻可以通過有效的措施來減小不利因素帶來的影響。 由于液壓式傳動有其突出的優(yōu)點，所以目前在國內(nèi)外機(jī)械工程上已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。而工程機(jī)械采用液壓傳動后，普遍比原來同規(guī)格機(jī)械傳動產(chǎn)品減小了外型尺寸，減輕了重量，提高了產(chǎn)品的性能，并且使操縱大大簡化、輕巧、靈便。比如起重機(jī)采用了液壓伸縮臂后增加了運輸狀態(tài)的機(jī)動性和作業(yè)時的靈活以及作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性；挖掘機(jī)工作裝置采用液壓式傳動，使得鏟斗可以轉(zhuǎn)動，即增加了作業(yè)的自由度，也提高了作業(yè)質(zhì)量；裝載機(jī)采用液壓傳動后使鉸接車架的結(jié)構(gòu)形式從而得到廣泛應(yīng)用。 液壓技術(shù)的采用大大促進(jìn)工程機(jī)械的發(fā)展，這既表現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)、性能上的提高，而且也表現(xiàn)在產(chǎn)品的規(guī)格、品種和數(shù)量的增加，即工程機(jī)械效率的發(fā)展速度上。而要發(fā)展一種新的工程機(jī)械品種，一般來說，采用液壓式傳動比機(jī)械傳動所需要用的研制過程要短得多，原因是液壓元件容易實現(xiàn)“三化”，元件在整機(jī)上的布置容易，并且使整機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，所以說，工程機(jī)械的發(fā)展，液壓技術(shù)起到了非常重要的作用。 2 汽車用四輪定位舉升機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.1 汽車用四輪定位舉升機(jī)的總體方案圖 汽車用四輪定位舉升機(jī)一般常見于汽車維修場所，當(dāng)待修理的汽車開到檢修臺架上面后，呈兩組對稱分布的液壓缸開始動作，在連桿機(jī)構(gòu)的作用下，帶動汽車緩緩上升，同時上面裝有小型的剪式平臺，可以把汽車托起更高，從而可以方便維修工人對汽車車輪的維修和更換。當(dāng)汽車檢修好后，液壓缸緩緩縮回行程，這樣汽車就被慢慢地放回底面。其總體方案圖如下圖2-1所示： 2-1 汽車用四輪定位舉升機(jī)總體方案圖 2.2汽車用四輪定位舉升機(jī)的工作原理 當(dāng)待修理的汽車開到檢修臺架上面后，呈兩組對稱分布的液壓缸開始動作，在連桿機(jī)構(gòu)的作用下，帶動汽車緩緩上升，同時上面裝有小型的剪式平臺，可以把汽車托起更高，從而可以方便維修工人對汽車車輪的維修和更換。 3 四連桿機(jī)構(gòu)的輔助設(shè)計 3.1 四連桿機(jī)構(gòu)簡圖 這種折疊式液壓舉升機(jī)其實是平面的四連桿機(jī)構(gòu)的變態(tài)形式。平面四連桿機(jī)構(gòu)是若干個剛性構(gòu)件用平面低副（轉(zhuǎn)動副或轉(zhuǎn)動副和移動副）連接而成，各構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動的機(jī)構(gòu)。由于平面連桿機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)多種運動軌跡曲線和運動規(guī)律，且低副不易磨損，而又易于加工及能由本身幾何形狀保證接觸等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域。 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計通常包括選型、運動設(shè)計、承載能力計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和繪制機(jī)構(gòu)裝配圖與零件工作圖等內(nèi)容。其中運動設(shè)計又是重中之重，它是確定機(jī)構(gòu)運動簡圖的參數(shù)，包括各運動副之間的相對位置尺寸以及描繪連桿曲線的點的位置尺寸等等。 3.2 四連桿機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析 桿EB與桿FA桿BC桿AD等長，D點可以作水平方向的滑動，E點只能作垂直于地面方向的上下運動，F(xiàn)點作相對于E點的水平運動。該折疊雙四連桿機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動作升降運動，此液壓缸一端固定于地面或者鉸接在桿BC上，另一端鉸接與桿EB。 對系統(tǒng)建模，分析各桿的受力狀況和桿上各點的運動學(xué)方程和動力學(xué)方程。根據(jù)得出的方程計算出液壓力的大小以及液壓缸的長度。 EB桿上點的位置，設(shè)點距B點距離為 (2.1) (2.2) 軌跡方程為 （2.3） 舉升高度為 （2.4） 液壓桿長度L 1）另一端固定于桿上 固定點距離A點距離為 （2.5） 2）另一端固定于地面 固定點距離A點距離為 （2.6） 3.3 受力分析 對系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，可以利用虛位移原理計算出液壓力F 圖2.2整體受力圖 可以看出系統(tǒng)所受的外力只有液壓力F和自重G做功，可得： （2.7） （2.8） 3.4 液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 由于舉升機(jī)各構(gòu)件均屬于剛性元件，因此系統(tǒng)的整體剛度K近似的可以被忽略，而只考慮等效總粘性阻尼系數(shù)B。 建立液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下： 圖2.3液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 這個系統(tǒng)在液壓缸流量發(fā)和負(fù)載發(fā)生變化時，活塞運動速度產(chǎn)生變化的過程根據(jù)液壓缸工作腔的流量連續(xù)方程為 （2.9） 式中：——活塞有效工作面積 ——活塞移動速度 ——液壓缸工作腔的泄漏系數(shù) ——液壓缸工作腔壓力 ——液壓缸工作腔和進(jìn)油管內(nèi)油液體積 以上式子中等好右邊為活塞移動所需流量，第二項是泄漏量，第三項是因油液被壓縮所引起的體積變化率。 活塞上的動力平衡方程為 （2.10） 式中：——液壓缸所驅(qū)動的工作部件（包括活塞、活塞桿等移動部件質(zhì)量） ——粘性阻尼系數(shù)。 上式中為液壓缸產(chǎn)生的推力，等號右邊第一項為慣性力，第二項為阻尼力，第三項為外負(fù)載力。 將式（2.9）、（2.10）取拉氏變換后得到 （2.11） （2.12） 根據(jù)以上兩式可作出該液壓缸系統(tǒng)的方框圖如圖2.4，并綜合成下式： = （2.13） 其中的和分別代表液壓缸系統(tǒng)的無阻尼固有頻率和阻尼比，其值為： ， （2.14） 圖2.4液壓缸系統(tǒng)方框圖 由總體部分得知在舉升機(jī)舉升動作過程中外負(fù)載是恒定的即=0，液壓缸系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （2.15） 3.5 分析高度，工作載荷，流量與時間的關(guān)系 由總體設(shè)計知道，桿長=3.16m，=0.58m,b=0.44m,起始角度=6，最高角度=26，重量G=5， 設(shè)計上升的速度v與時間t:舉升機(jī)上升高度1.8-1.83m，前0-25s加速度a=0.001/s加速運動，25-85s以速度v=0.018m/s勻速運動。 高度H與時間t的函數(shù)關(guān)系： t=0-25s t=25-85s 液壓桿長： 液壓缸活塞移動速度： (2.16) 前0-25s加速階段 代入式子（2.16）得: (2.17) 后25-85s勻速階段 代入式子（2.17）得: （2.18） 由此可得到液壓缸流量公式 0-25s: （2.19） 25-85s: （2.20） 式中 ——液壓缸工作面積 ——直徑 由下面液壓設(shè)計部分得到數(shù)據(jù)直徑 工作載荷與時間t的函數(shù)關(guān)系：代入（2.8）式得 (2.21) 0-25s 25-85s 利用編程計算求出在相應(yīng)時間所需要的工作載荷和流量，如下表： V（m/s） 1 52.4 0.000325 0.03965 2 52.21 0.000653 0.0797 3 51.91 0.000983 0.12 4 51.49 0.001319 0.161 5 50.96 0.001663 0.203 6 50.33 0.002024 0.247 7 49.6 0.002409 0.294 8 48.78 0.002786 0.34 9 47.89 0.003196 0.39 10 46.94 0.003631 0.443 11 45.92 0.004081 0.498 12 44.86 0.004360 0.532 13 43.77 0.005057 0.617 14 42.65 0.005593 0.682 15 41.51 0.006163 0.752 16 40.36 0.006762 0.825 17 39.19 0.007393 0.902 18 38.05 0.008057 0.983 19 36.9 0.008773 1.07 20 35.77 0.009524 1.162 21 34.65 0.010327 1.26 22 33.56 0.011229 1.37 23 32.49 0.012131 1.48 24 31.45 0.013032 1.59 25 30.44 0.014016 1.71 26 29.74 0.010327 1.26 27 29.07 0.010491 1.28 28 28.43 0.010819 1.32 29 27.82 0.010983 1.34 30 27.24 0.011229 1.37 31 26.69 0.011475 1.4 32 26.16 0.011721 1.43 33 25.65 0.011967 1.46 34 25.16 0.012213 1.49 35 24.69 0.012377 1.51 36 24.24 0.012704 1.55 37 23.81 0.012868 1.57 38 23.4 0.013032 1.59 39 23 0.013278 1.62 40 22.62 0.01352 1.65 41 22.25 0.01377 1.68 42 21.89 0.014 1.708 43 21.54 0.014182 1.73 44 21.21 0.014508 1.77 45 20.89 0.014672 1.79 46 20.58 0.014918 1.82 47 20.28 0.015081 1.84 48 19.99 0.015409 1.88 49 19.71 0.0155737 1.9 50 19.44 0.015819 1.93 51 19.18 0.015983 1.95 52 18.92 0.016229 1.98 53 18.67 0.016393 2 54 18.44 0.016639 2.03 55 18.2 0.01688 2.06 56 17.98 0.017049 2.08 57 17.76 0.017295 2.11 58 17.55 0.01754 2.14 59 17.34 0.017622 2.15 60 17.14 0.017868 2.18 61 16.95 0.01811 2.21 62 16.76 0.018278 2.23 63 16.57 0.01852 2.26 64 16.39 0.01868 2.28 65 16.22 0.018934 2.31 66 16.05 0.019098 2.33 67 15.88 0.019262 2.35 68 15.72 0.019508 2.38 69 15.56 0.0196 2.4 70 15.41 0.019918 2.43 71 15.26 0.020081 2.45 72 15.11 0.02024 2.47 73 14.97 0.02049 2.5 74 14.83 0.02057 2.51 75 14.7 0.020819 2.54 76 14.56 0.021065 2.57 77 14.43 0.02131 2.6 78 14.31 0.02147 2.62 79 14.18 0.021639 2.64 80 14.06 0.021803 2.66 81 13.95 0.021967 2.68 82 13.83 0.022213 2.71 83 13.72 0.022377 2.73 84 13.61 0.022622 2.76 85 13.5 0.022704 2.77 由上面表格用Exces生成示意圖 由上圖可知流量Q，工作載荷F隨著時間t的變化曲線圖。由上述曲線可知，工作載荷F隨著時間t的增大而減小，流量Q隨著時間t的增大而增大。 3　液壓系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 確定系統(tǒng)方案 a) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉(zhuǎn)運動。本系統(tǒng)選擇雙作用單活塞桿液壓缸。 b) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動控制回路 液壓執(zhí)行元件確定后，其運動方向和速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。由于本系統(tǒng)工作在小流量場合，因此采用適合此流量的方向控制回路，即通過換向閥的有機(jī)組合實現(xiàn)所要求的動作。速度控制的相應(yīng)調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度，這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，適用于功率不大的場合，本系統(tǒng)就是采用這種方式。缺點是效率低，發(fā)熱量交大，但是對于不是頻繁工作的系統(tǒng)來說，只要按發(fā)熱功率計算出合適的油箱即可解決。正是因為其發(fā)熱量大，所以節(jié)流調(diào)速一般用開式循環(huán)。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路，結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但就是油箱體積大。 c) 其它回路 因為為了保證整個系統(tǒng)的可靠性和安全性，所以必須設(shè)置安全鎖止機(jī)構(gòu)。這需要鎖緊即保壓回路。鎖緊回路的主要功用是使液壓缸能在任意位置上停留，且不因外力作用而移動位置，本系統(tǒng)采用液控單向閥的鎖緊回路。壓力油經(jīng)左邊液控單向閥進(jìn)入液壓缸左腔，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸右腔的回路可經(jīng)右邊液控單向閥及換向閥流回油箱，活塞向上運動。反之，活塞則向下運動。到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因閥的中位為H型機(jī)能，所以兩個液控單向閥均關(guān)閉，使活塞雙向鎖緊。回路中由于液控單向閥的密封性好，泄漏極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄漏。為加強(qiáng)安全系數(shù)，還用到了平衡回路，功用是機(jī)構(gòu)不工作時，不致因受負(fù)載重力作用而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)自行下落。本系統(tǒng)采用液控單向閥串連單向節(jié)流閥的平衡回路，這種回路鎖定性好，工作可靠。卸荷回路采用M型中位機(jī)能，切換時液壓沖擊小。 3.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 液壓執(zhí)行元件及各基本回路確定之后，把它們有機(jī)地組合在一起，去掉重復(fù)多余的元件即可。具體的液壓系統(tǒng)圖如下（圖3－1）： 圖 3－1 液壓系統(tǒng)圖 本液壓系統(tǒng)主要實現(xiàn)舉重機(jī)的上升，下降和鎖止這幾個動作，它的液壓油流向不一樣。 要實現(xiàn)液壓缸的上升動作，首先要把三位四通換向閥打到左位液壓油從油箱通過過濾器過濾被液壓泵吸收。經(jīng)過換向閥左位運行到節(jié)流閥和單向閥的交接處，因為單向閥只允許液壓油從上往下流動，所以液壓油經(jīng)過節(jié)流閥，同時節(jié)流閥可以通過調(diào)節(jié)流量來調(diào)節(jié)舉升機(jī)舉升的速度。液壓油流到雙控液壓閥左邊液控單向閥經(jīng)過單向閥進(jìn)入液壓缸左腔，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸右腔的回路可經(jīng)右邊液控單向閥及換向閥流回油箱，活塞向右運動，實現(xiàn)舉升機(jī)舉升的動作。 要實現(xiàn)液壓缸的下降動作，則要把三位四通換向閥打到右位液壓油從油箱通過過濾器過濾被液壓泵吸收。經(jīng)過換向閥右位流到雙控液壓閥右邊液控單向閥進(jìn)入液壓缸右，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸左腔的回路經(jīng)過節(jié)流閥，液控單向閥，單向閥及換向閥流回油箱，活塞向左運動，實現(xiàn)舉升機(jī)下降的動作。液壓缸和液控單向閥之間的節(jié)流閥可以改變舉升機(jī)下降的速度。 要實現(xiàn)鎖止的動作，舉升機(jī)動作時到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因閥的中位為H型機(jī)能，所以兩個液控單向閥均關(guān)閉，使活塞雙向鎖緊?；芈分杏捎谝嚎貑蜗蜷y的密封性好，泄漏極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄漏。 對于此液壓系統(tǒng)一般都是把換向閥至于中位，打開液壓泵，由于換向閥中位卸荷能力，所以液壓泵打開之后液壓油也會流到油箱。而如果先開液壓泵，換向閥沒有調(diào)整，則可能會引起事故，如果換向閥左位舉升機(jī)就會舉升，如果在右位舉升機(jī)就會下降。所以液壓泵的開啟要等換向閥調(diào)到中位才可以。 5 液壓缸的設(shè)計計算 5.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。 其中，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復(fù)位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。 空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒，活塞，活塞桿，缸蓋，密封圈，導(dǎo)向套，壓板等主要零件成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動工作臺作往復(fù)運動?；钊缅F銷與空心活塞桿連接，并用堵頭堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán)，用于阻止壓板向外移動，從而通過螺栓將缸蓋與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結(jié)合面安放了密封圈和紙墊。空心活塞桿和其上的油口a、c提供了液壓缸的進(jìn)、出油口。當(dāng)缸筒移動到左、右終端時，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運動部件起到制動緩沖作用。在缸蓋上設(shè)有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔，可以排出液壓缸中的空氣，使運動更加平穩(wěn)。 表2-1液壓缸的類型和特點 類型 速度 作用力 特點 單 作 用 液 壓 缸 雙活塞桿液壓缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓力油，由外力使活塞反向運動 單活塞桿液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞僅單向運動，返回行程利用自重或負(fù)荷將活塞推回 柱塞式液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞僅單向運動，由外力使柱塞反向運動 差動液壓缸 U3=q/A3 F3=p1A1 可使速度加快，但作用力相應(yīng)減小 伸縮液壓缸 --- --- 以短缸獲得長行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回 雙 作用液壓缸 雙活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 雙邊有桿，雙向液壓驅(qū)動，雙向推力和速度均相等 單活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 單邊有桿，雙向液壓驅(qū)動，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2 伸縮液壓缸 --- --- 雙向液壓驅(qū)動，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回 組 合 液 壓 缸 彈簧復(fù)位液壓缸 --- --- 單向由液壓驅(qū)動，回程彈簧復(fù)位 串聯(lián)液壓缸 U1=q/（A1+A2） U2=q2A2 F1=p1（A1-A2）-2qA2 F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2） 用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力 增 壓 缸 --- --- 由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油 齒條液壓缸 --- --- 活塞的移動通過傳動機(jī)構(gòu)變成齒輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運動 擺動液壓缸 單葉片液壓缸 W =8q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/8 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動角 < 300度 雙葉片液壓缸 W =4q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/4 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動角 < 150度 注：b—葉片寬度；D—葉片的底端 、頂端直徑；w—葉片軸的角速度；T-- 理論轉(zhuǎn)矩 5.2 液壓缸的工作壓力 根據(jù)負(fù)載并查表，初選工作壓力P1=3MPa。 5.3 計算液壓缸的尺寸 鑒于磨頭要求快進(jìn)、快退速度相等，可選用單桿式輕負(fù)載型油缸。無桿腔工作面積A1，有桿腔工作面積A2， 且A1=2A2，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.707D的關(guān)系。 回油路上背壓P2取0.8MPa 油路壓力損失△P取0.5MPa A1=F/(P1-P2/2)=4182×10-6/(3-0.8/2)m2=0.0016m2 D==45.13mm d=0.707D=31.91mm 按GB/T2348-2001將直徑元整成就進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)值 D=50mm d=35mm; 油缸兩腔的實際有效面積為： A1=πD2/4=19.63×10-4m2 A2=π(D2-d2)/4=10.01×10-4m2 根據(jù)上述D與d的值，可估算油缸在各個工作階段中的壓力。 5.4 液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算 工況 推力 F/N 回油腔壓力P2/MPa 進(jìn)油腔壓力P1/MPa 輸入流量 輸入功率 計算公式 快進(jìn) 啟動 1289 0 1.86 — - 加速 1193 △P=0.5 1.76 — - 恒速 645 1.29 4.81 0.10 工進(jìn) 4182 0.8 2.54 1.57～0.098 0.07 快退 啟動 1289 0 1.29 — - 加速 1193 0.5 2.17 — - 恒速 645 1.62 5.01 0.135 5.5 液壓缸工況圖 5.6 液壓缸推力的計算 根據(jù)系統(tǒng)工況，可知油壓范圍介于14MPa之間，故根據(jù)油缸推力計算公式可知：F=PXS=14X3.14X20X20=1758.4N。 5.7 液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 1）、快進(jìn) 滑臺快進(jìn)時，油缸差動連接，進(jìn)油路上通過單向閥3的流量是6L/min，通過電液換向閥4，油缸有桿腔的回油與進(jìn)油路匯合，以12.24L/min通過行程閥5并進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為 ∑△pv=[0.2×(6/63)2+0.5×(6/80)2+0.3×(12.24/63)2] =(0.019+0.038+0.058)MPa=0.115MPa 壓力閥不會被打開，油泵的流量全部進(jìn)入油缸?；赜吐飞?，油缸有桿腔中的油液通過電液換向閥4和單向閥9的流量都是6.24L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥5流入無桿腔。由此可算出快進(jìn)時有桿腔壓力p2與無桿腔壓力p1之差 △p=p2-p1=[0.5×(6.24/80)2+0.2×(6.24/63)2+0.3×(12.24/63)2] =(0.039+0.020+0.058)MPa =0.117MPa此值小于原估計值0.5MPa，所以是安全的。 2）、工進(jìn) 工進(jìn)時，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥4的流量為0.5L/min,在調(diào)速閥7處得壓力損失為0.5MPa，油液在回油路上通過換向閥4的流量是0.25L/min，在背壓閥10處得壓力損失為0.5MPa，通過順序閥11的流量為（6+0.24）=6.24L/min，因此這時油缸回油腔的壓力p2為p2=[0.5×(0.24/80)2+0.5+0.3×(6.24/63)2] =(0.002+0.5+0.030)MPa =0.532MPa 此值小于原估計值0.8MPa。 重新計算工進(jìn)時油缸進(jìn)油腔壓力p1 p1=(F`+p2A2)/A1 =(4182+0.532×106×10.01×10-4)/19.63×106×10-4 =2.40 MPa 此數(shù)值與2.54MPa接近。 3）、快退 快退時，油液在進(jìn)油路上通過換向閥4的流量為6L/min；油液在回油路上通過單向閥7、換向閥4和單向閥13的流量都是11.76L/min，因此進(jìn)油路上總壓降為 ∑△pv1=[0.2×(6/63)2+0.5×(6/80)2]=(0.019+0.038)MPa=0.057 MPa 此值較小，所以液壓泵驅(qū)動電動機(jī)的功率是足夠的。回油路上總壓降為 ∑△pv2=[0.2×(11.76/63)2+0.5×(11.76/80)2+0.2×（11.76/63）2] =(0.037+0.074+0.037)MPa=0.148MPa 此值與0.135MPa接近，不必重算。所以快退時液壓泵的最大工作壓力pp應(yīng)為 pp=p1+∑△pv1=(2.17+0.057)MPa=2.227MPa； 因此液壓泵卸荷的順序閥11的調(diào)壓應(yīng)大于2.227MPa。 5.8液壓缸的負(fù)載力分析與計算 本課題任務(wù)要求液壓缸的出力滿足能夠?qū)ζ嚨闹亓窟M(jìn)行托起的要求。 （1）工作載荷FR 常見的工作載荷為活塞桿上所受的擠壓力，彈力，拉力等，在這里我們可得 鋁合金板材所受的最大外力為： 式中σ0s----強(qiáng)度極限， ； A-----截面面積， 。 由上式得液壓缸所受工作載荷約為48 （2）單活塞桿雙作用缸液壓缸作伸出運動時，其阻力F所需提供的液壓力可表示為 h h h h h h m 式中 FL -----作用在活塞上的工作阻力， ； Fa -----液壓缸起動（或制動）時的慣性力，； Ff -----運動部件處的摩擦阻力， ； FG-----運動部件的自重（含活塞和活塞桿自重）， ； Fμm-----液壓缸活塞及活塞桿處的密封摩擦阻力， ；通常以液壓缸的機(jī)械效率來反映，一般取機(jī)械效率 μm=0.95h=； FP2 m -----回油管的背壓阻力，。 在上述諸阻力中，在不同條件下是不同的，因此液壓缸的工作阻力往往是變化的。因為此處液壓缸只是作拉伸板材變形作用，故其運動速度較小，慣性力和摩擦阻力都較小，得 F≤50KN 活塞外徑D和活塞桿直徑d是液壓缸的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，D與d的選擇與液壓缸的負(fù)載和速度要求相關(guān)；選擇出適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫凸┮毫髁繚M足負(fù)載和速度要求后，D和d可初步確定下來。除D和d外，液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)尚有活塞行程S、導(dǎo)向距離H和油口直徑d等。液壓缸的行程應(yīng)根據(jù)工作需要設(shè)定，為簡化制造工藝和節(jié)約制造成本，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化行程尺寸系列參數(shù)。為減小活塞桿伸出時與缸體軸線的偏斜，液壓缸應(yīng)有合理的導(dǎo)向長度。 5.9 缸筒設(shè)計與計算 缸筒與缸蓋的連接方式 端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將活塞桿（柱塞）腔封閉，并起著為活塞桿導(dǎo)向、密封和防塵之作用。后端蓋即缸底一端封閉，通常起著將液壓缸與其他機(jī)件的作用。 缸筒與端蓋常見的連接方式有8種：拉桿式、法蘭式、焊接式、內(nèi)螺紋式、外螺紋式、內(nèi)卡環(huán)式、外卡環(huán)式和鋼絲擋圈式，其中焊接式只適應(yīng)缸筒與后端蓋的連接。 對缸筒的要求 缸筒是液壓缸的主要零件，有時還是液壓缸的直接做功部件（活塞桿或柱塞固定時）；它與端蓋、活塞（柱塞）構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液、驅(qū)動負(fù)載而做功，因而對其有強(qiáng)度、剛度、密封等方面的要求。 缸筒的材料選擇 缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋的無縫鋼管，市場上已有內(nèi)孔經(jīng)過珩磨或內(nèi)孔經(jīng)過精加工的半成品，只需要按所要求的長度切割無縫鋼管，材料有20、35、45號鋼和27SiMn合金鋼。因20號鋼的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底，缸頭，管接頭或耳軸等件焊接時，則應(yīng)用焊接性能較好的35號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下均采用45號鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241~285HB。 缸筒的計算 查表缸徑D取63mm 行程800mm 在初步確定缸筒內(nèi)徑D后，下一步的工作是確定液壓缸的壁厚。當(dāng)液壓缸為薄壁液壓缸（ ）,d 可按下式計算： 式中 Pmax----液壓缸最高（或設(shè)計或額定）工作壓力， ； D -----液壓缸筒內(nèi)徑（活塞外徑）， -----缸筒材料的許用應(yīng)力， 。 對于脆性材料，許用應(yīng)可表示為 式中σb -----材料的抗拉強(qiáng)度或斷裂強(qiáng)度； nb -----安全系數(shù)，通?？扇=5， = ] 因為 所以== 查表取壁厚為5s′===?′ 通過上述計算，可得液壓缸缸筒外徑D1 為73 5.10 缸筒壁厚的驗算 計算求得缸筒壁厚值后，還應(yīng)進(jìn)行以下4個方面的驗算，以保證液壓缸安全可靠的工作。 （1） 液壓缸的額定工作壓力平Pn 應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全，即(( = ) s-￡ 式中 D1,D-----液壓缸外徑和內(nèi)徑，m 或cm ； σs s -----缸筒材料的屈服強(qiáng)度， 。 =71.9 （2） 為了避免缸筒工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例關(guān)系： 符合條件 缸筒的徑向變形量 值應(yīng)該在允許范圍內(nèi)，而不能超過密封件允許的范圍： ===0.4m 為確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應(yīng)大于耐壓試驗壓力 == 缸筒壁厚符合條件 結(jié) 論 光陰似箭，日月如梭，通過這次對于汽車檢修升降臺架的設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進(jìn)度，本文所設(shè)計的是汽車用四輪定位舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計，通過初期的方案的制定，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好。 致 謝 通過近半年的設(shè)計計算，查找各類汽車用四輪定位舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻(xiàn) [1] 郭武，黃澤星，吳上生. 車用四輪定位舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢分析[J]. 應(yīng)用研究， 2011(21). 75-79. 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